Кирилл Кондратьев - «Викинги» на Марсе

• Название: «Викинги» на Марсе
• Автор: Кирилл Кондратьев
• Издательство: Гидрометеоиздат
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1977

Обсуждены результаты исследований атмосферы, поверхности и верхнего слоя грунта Марса на основе предварительного анализа данных измерений при помощи аппаратуры, установленной на орбитальном и спускаемом аппаратах АМС «Викинг-1, -2». Полученные результаты содержат обширную информацию о структурных параметрах и составе атмосферы. Большое число изображений с орбиты и поверхности планеты позволило значительно углубить существующие представления об особенностях структуры и минералогии поверхности Марса. Впервые получен обширный комплекс данных прямых измерений на поверхности планеты, характеризующих свойства поверхности и нижних слоев атмосферы. Рассмотренные результаты имеют важное значение для понимания закономерностей погоды и климата на Марсе, открывают новые перспективы с точки зрения сравнительной метеорологии планет.

The results of investigations of the atmosphere, the surface and the upper layer of the soil of Mars are discussed on the basis of a preliminary analysis of measurement data obtained with the help of instrumentation installed on the orbital and descent vehicles Viking-1, -2. The results obtained contain comprehensive information on the structural parameters and composition of the atmosphere. Numerous images from the orbit and the planet's surface made it possible to improve essentially the existing notion of the structure and minerology of the Martian surface. For the first time, a comprehensive complex of data of direct observations on the surface of the planet has been obtained which characterizes the properties of the surface and the lower atmosphere. The results considered are of great importance for understanding the weather and climate-forming processes on Mars; they open up new perspectives from the point of view of the comparative meteorology of planets.

---

Обнаружены следы стронция, иттрия, и, возможно, циркония, которые имеют относительную концентрацию порядка 10-4. Мелкие камни типа гальки в районе Chryse содержат больше серы, чем мелкодисперсная фракция реголита, и, возможно, являются кусками сцементированной сульфатами поверхностной корки. Ранее было показано, что если предполагать, что красная или оранжевая пигментация реголита является результатом покрытия камней и мелкодисперсных частиц пленкой из геотита или гематита, то толщина такой пленки не должна превосходить 1—2 мкм. Данные табл. 5 определяют необходимость уменьшения максимально возможной толщины пленки до 0,26 мкм, так как в противном случае результаты рентгеновского флуоресцентного анализа на Mg, Al и Si оказались бы значительно искаженными.

Оценка плотности образцов S1 дала значение, равное 1,10±0,15 г/см3. Поскольку приведенный в табл. 5 элементный состав ограничивает плотность диапазоном 2,3—3,2 г/см3, это означает, что пористость частиц составляет около 60± 15%. Забор и анализ последовательных проб грунта привел к выводу, что мелкодисперсная фракция реголита в районе Chryse обладает гораздо более сильной адгезией (слипанием), чем исследованные в лабораторных условиях земные аналоги.

Рассмотренный состав марсианского реголита естественнее всего интерпретируется как результат выветривания мафических (темных) изверженных пород. В работе [16] построена минералогическая модель, согласно которой марсианский мелкодисперсный реголит представляет собой смесь примерно 80% богатых железом глин, около 10% сульфата магния (кизерита ?), 5% карбоната (кальцита) и 5% окислов железа (гематит, магнетит, магемит, гетит ?). В табл. 6 представлены три модели состава реголита в сравнении с данными анализа мелкодисперсной фракции в месте посадки «Викинга-1» (51).

Таблица 6 Модели химического состава мелкодисперсного реголита

Наличие богатых железом глин означает, что для их образования из мафических горных пород на Марсе должно было иметься (или имеется) достаточное количество воды или льда. По-видимому, мафическая природа мелкодисперсного компонента грунта, имеющего глобальное распространение, и горных пород, которые являются источником этого компонента, предотвращает крупномасштабную планетарную дифференциацию, подобную земной.

Установленные на СА «Викинг» комплексы масс-спектрометров (МС) и газовых хроматографов (ГХ) позволили осуществить анализы состава марсианской атмосферы и грунта, причем главной целью был поиск органических компонент. Пробы грунта подогревались в трех небольших печах за 30 с до температуры 200, 350 и 500°С для извлечения летучих компонентов и продуктов пиролиза. МС выполняет повторное и непрерывное сканирование спектра масс т/е в интервале 12—200 (время регистрации каждого масс-спектра составляет 10 с) и имеет динамический диапазон 1 : 107. Каждый спектр воспроизводится как совокупность 3840 точек (чисел).

После посадки СА «Викинг-1» были взяты три пробы грунта на 8, 14, 31-м солах [17, 18]. Проба, полученная на 8-м соле, представляет собой тонкозернистый материал (преимущественно с глубины 4—6 см), перемешанный с материалом поверхности (его доля не превышает 10%). Проба, относящаяся к 14-му солу, была практически идентичной и поэтому не подвергалась анализу. Проба 31-го сола была взята на расстоянии около 3 м от места первой пробы и состоит преимущественно из гранулированного материала поверхности.

Анализ обеих проб при помощи ГХ не обнаружил каких-либо органических компонентов в количествах, превосходящих несколько частей на миллиард. При нагревании до 350 и 500°С выделялись заметные количества воды (от 0,1 до 1%), которая является, по-видимому, составной частью гидратов минералов. Не обнаружено сернистого газа, свободной серы и сероводорода. Полученные результаты исключают возможность какого-либо эффективного современного процесса, продуцирующего органические компоненты (разумеется, общность такого вывода ограничивается фрагментарностью анализа).

6. Газовый состав атмосферы

Предпринятые ранее измерения общего содержания водяного пара в марсианской атмосфере обнаружили, что водяной пар появляется в середине лета соответствующего полушария и его содержание становится максимальным примерно через два месяца, достигая 50 мкм при характерных горизонтальных масштабах порядка 103 км (наибольшее влагосодержание атмосферы наблюдается в умеренных широтах). В работах [35, 37] обсуждены предварительные результаты измерений с АМС «Викинг-1», выполненных в течение периода, начавшегося за двое суток до вывода АМС на орбиту искусственного спутника Марса и продолжавшегося до 30-го витка вокруг Марса, когда произошло отделение СА. Этот период соответствует началу «влажного» сезона в северном полушарии.

Рассматриваемые наблюдения охватывают южное (сухое) полушарие и северные широты до 20° при наличии нескольких изолированных серий измерений в полосе 40—50° с. ш. Прибор, предназначенный для определения общего влагосодержания (датчик водяного пара на Марсе — ДВПМ), представляет собой спектрометр с дифракционной решеткой, функционирующей в 7200 см-1 (1,4 мкм) полосе поглощения водяного пара при спектральном разрешении 1,2 см-1, что позволяет обеспечить измерения влагосодержаний меньше 1 мкм атм. ДВПМ обычно работает как пятиканальный радиометр, три канала которого расположены вблизи центра полосы (7223, 13; 7232, 20; 7242,74 см-1), а два — в окнах прозрачности. Приемниками излучения для всех каналов служат радиационно охлаждаемые сернисто-свинцовые фотосопротивления. Иногда осуществлялось сканирование по частоте с целью измерений спектрального распределения излучения в диапазоне 7215—7251 см-1. Поле зрения ДВПМ составляет 2x16 мрад, что соответствует «пятну» на местности 3X24 км при высоте периапсиса 1500 км. За счет ступенчатого сканирования на 15 шагов вдоль короткой стороны поля зрения достигается охват площади около 20X45 км (в периапсисе) за период сканирования 4,48 с.

Наличие данных пятиканальных измерений позволяет определить не только общее влагосодержание, но также температуру и атмосферное давление вблизи уровня «центра тяжести» слоя водяного пара. Данные наблюдений свидетельствуют об очень малом влагосодержаний (0—30 мкм) марсианской атмосферы в южном полушарии и постепенном увеличении влагосодержания при перемещении в северное полушарие. Максимальные значения достигали 20—30 мкм, причем наибольшее значение (30 мкм) зарегистрировано в районе Elysium Amazonis при измерениях перед выводом АМС на орбиту вокруг Марса. Большой интерес представляют наблюдения дневного хода влагосодержания, отражающие особенности фазовых превращений воды в течение суточного цикла. Условия наблюдений позволили осуществить слежение за вариациями влагосодержания с рассвета до полудня в трех точках: 10,83° с. ш., 15,69° ю. ш. и 17,77° ю. ш. Для первой из этих точек обнаружена регулярная воспроизводимость дневного хода с максимумом влагосодержания в местный полдень. Наблюдаются различия в дневном ходе для разных точек планеты. Водяной пар располагается близко к поверхности планеты и, по-видимому, находится в насыщающем равновесии по отношению к приповерхностной дымке или туману в течение большей части дня. По меньшей мере 80% водяного пара должно переходить в твердую фазу в период между полуднем и последующими утренними сумерками.

В работе [36] приведены результаты измерений содержания водяного пара в околополярной зоне марсианской атмосферы, выполненных с АМС «Викинг-2» в течение двухнедельного периода, близкого к дню летнего солнцестояния в северном полушарии.

Общее содержание водяного пара оказалось максимальным в полосе 70—80° с. ш., а его абсолютные значения выше когда-либо наблюдавшихся ранее. Широтный профиль общего содержания водяного пара на 180° з. д. характеризуется возрастанием от нулевых значений в южном полушарии до 70—80 мкм в полосе 70—80° с. ш. и несколько убывает (до 55 мкм) вблизи Северного полюса (точность отдельных измерений составляет 10—15%, а средних значений ±4%). Аналогичные результаты дало построение меридиональных профилей для других долгот.

Столь значительное влагосодержание атмосферы предполагает наличие у поверхности планеты таких высоких температур (>204 К), которые не допускают сохранение полярной шапки из твердой углекислоты (в этом случае температура должна быть равна 150 К). Отсюда вытекает, что доминирующим компонентом летней остаточной северной полярной шапки является лед. Грубая оценка толщины периферийной части ледового покрова полярной шапки приводит к значениям порядка 1—2 км. Толщина льда в центральной (сплошной) части полярной шапки должна быть такой же или большей.

Поскольку содержание водяного пара в атмосфере Марса очень мало, весьма вероятно, что мощным резервуаром водяного льда является планетарный реголит. Важной целью дальнейших исследований должно стать выяснение вопроса о том, является ли этот полярный резервуар в настоящее время суммарным источником или стоком атмосферного водяного пара на протяжении промежутков времени больше марсианского года.